Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Д-А или деформационно-А представляют собой устройство , используемое для высокого давления и высоких температурами экспериментов деформации. Преимущество этого устройства заключается в возможности приложения давления до приблизительно 15 ГПа при независимом создании одноосной деформации до 50%. [1]

Теория [ править ]

D-DIA использует тот же принцип, что и другие аппараты высокого давления (например, ячейка с алмазной наковальней ) для создания повышенного давления на образец .

Давление = Сила / площадь

Создавая силу , в случае D-DIA с помощью гидравлического плунжера , к образцу может быть приложено большее усилие за счет уменьшения площади упоров на конце, которые находятся в контакте с сборкой образца.

Дизайн [ править ]

D-DIA основан на аналогичном DIA, который представляет собой устройство с кубической наковальней . D-DIA - это тип устройства для деформации с несколькими наковальнями, в котором используются 6 кубических наковален для обеспечения независимого повышения давления и деформации образца. [1] Четыре наковальни кубической конструкции ориентированы по горизонтали против друг друга под углом 90 °, а оставшиеся две наковальни ориентированы по вертикали в пределах двух направляющих блоков. Задняя сторона каждой горизонтальной наковальни состоит из двух граней виртуального октаэдра . Благодаря симметрии, налагаемой продвигающимися направляющими блоками и наковальнями, все оси виртуального октаэдра затем одинаково деформируются и, таким образом, создают гидростатическое давление на образец. [1]Чтобы создать девиаторное напряжение, нефть закачивается с помощью двух дифференциальных гидроцилиндров за верхней и нижней наковальнями, расположенными внутри направляющих блоков, что позволяет им продвигаться независимо от других четырех. [1] При продвижении только одной пары опор создается девиаторное напряжение, изменяющее ранее кубическое поле напряжений на тетрагональное . Индуцированный поток приблизительно осесимметричен относительно цилиндрического образца). При продвижении пары упоров давление на образце начнет увеличиваться по мере развития деформации, но D-DIA имеет возможность стравливать масло из главного гидроцилиндра (который входит в зацепление с направляющими блоками) при продвижении дифференциальных насосов, чтобы поддерживать постоянное давление образца при деформации. [1]

Образец сборки [ править ]

Есть несколько конструкций образцов сборок, которые в настоящее время используются в D-DIA. Различные конструкции сборки образцов используют разные материалы в своей конструкции для достижения разных целей, но все они содержат одни и те же общие элементы: внутренний резистивный нагреватель, среду под давлением и верхний / нижний поршни.

Пример сборки D-DIA

Общая форма сборки образца представляет собой куб (обычно около 6 мм), эта форма позволяет каждой из 6 наковальней контактировать с каждой гранью сборки образца. Внешняя часть сборки образца представляет собой среду под давлением, которая обычно представляет собой борсодержащую эпоксидную смолу (BE) или муллит . [2] Выбор среды давления, используемой в сборке образца, зависит от конечной цели эксперимента. Борсодержащая эпоксидная смола представляет собой самопрокладочный материал в D-DIA, что означает, что она может создавать уплотнение между всеми наковальнями во время деформации, но было показано, что она передает значительное количество воды образцу во время эксперимента. Эта добавленная вода в образец делает невозможным проведение реологических исследований.эксперименты в безводных условиях. Другой материал, работающий под давлением, муллит, оставляет образец очень сухим, но не имеет способности к самоуплотнению в D-DIA. По этой причине, когда муллит используется в качестве среды под давлением, его необходимо использовать в сочетании с прокладочным материалом. Обычно используемый прокладочный материал представляет собой пирофиллит , а муллит обрабатывается в виде сферы, которая находится в пирофиллитных «седлах», образуя куб.

В сборке образца внутри среды под давлением и вокруг образца находится внутренний резистивный нагреватель. Нагреватель представляет собой гильзу, в которую входит цилиндрический образец, и обычно изготавливается из графита или также может быть изготовлен из различных типов металла.

В экспериментах по деформации поршни необходимы по обе стороны от образца. Обычно используется оксид алюминия , поскольку он тверже, чем большинство материалов образцов, что допускает деформацию образца.

Еще одним элементом конструкции, который может быть включен в сборку образца, является термопара.. Термопары могут быть размещены либо в виде бокового входа (тот, который входит в центр куба с краю), либо может быть термопарой с верхним входом (тот, который входит в верхнюю грань). В случае термопары с верхним вводом ее можно одновременно использовать как верхний поршень, но температура считывается далеко от центра образца. Термопара с боковым входом считывает температуру ближе к центру образца, но при размещении обычно требуется просверлить отверстие в середине печи, что изменяет характеристики нагрева печи. Чтобы избежать обоих недостатков, связанных с увяданием термопары, в некоторых сборках образцов термопара не используется; Вместо этого температура либо калибруется по зависимости ватт от температуры, либо рассчитывается с использованием известного давления и рассчитанного объема образца на основе данных дифракции рентгеновских лучей на месте.[3]

Способности к дифракции рентгеновских лучей [ править ]

Путь рентгеновского излучения через узел DDIA

Конструкция наковален, используемых в D-DIA, позволяет пропускать синхротронное рентгеновское излучение через образец. Эти рентгеновские данные могут использоваться как для измерения напряжения на месте, так и для измерения деформации во время деформации образца. [2] [3]

Напряжение [ править ]

Пример рентгеновского снимка образца в D-DIA

Измерения [деформации] на месте могут быть выполнены путем сбора и анализа рентгеновских снимков. Обычно это достигается за счет использования флуоресцентного кристалла иттрий-алюминиевого граната (YAG) в сочетании с камерой с зарядовой связью (CCD). Поместив металлическую фольгу (обычно платину или никель) сверху и снизу образца, можно легко наблюдать общую длину образца на рентгеновских снимках во время эксперимента по деформации. Используя первоначальное измерение длины и последующие измерения длины во время деформации, для расчета деформации можно использовать следующее соотношение.

ε = (L 0 - L) / L 0

Где деформация равна разнице начальной и конечной длины, деленной на начальную длину.

Стресс [ править ]

Определение напряжения производится с использованием данных, собранных на месте [дифракции рентгеновских лучей]. Дифракционные данные используются для определения d-расстояния определенных кристаллографических плоскостей в образце, и по этим значениям d-расстояния существуют различные способы определения напряженного состояния. [4] [5] Обычный способ вычисления дифференциального напряжения внутри поликристалла использует значения d-зазора, измеренные в радиальном и осевом направлениях цилиндрического образца. [3] [6] Этот метод использует преимущество цилиндрически-симметричного поля напряжений, которое создается D-DIA, но также требует допущения о состоянии Рейсса (или состоянии изонапряжения) напряжения во всех зернах поликристалла.[5] Другой распространенный метод определения девиаторного напряжения использует дифференциальную деформацию решетки и упругие постоянные монокристалла. В этом методе деформация решетки сначала рассчитывается с использованием измеренных значений d-зазора dm (hkl), а также значений d-зазора, определенных в гидростатических условиях dp (hkl). [7] ε D (hkl) = [d m (hkl) - d p (hkl)] / d p (hkl)

После расчета деформаций решетки произведение этих значений на модуль сдвига рентгеновского излучения , также известное как дифракционная упругая постоянная GR (HKL), дает напряжение на различных плоскостях решетки τ (HKL).

τ (HKL) = [(2G R (HKL)] ε D (hkl)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Ван, Яньбинь; Уильям Дарем; Иван Геттинг; Дональд Вайднер (2003). «Деформация-DIA: новый аппарат для высокотемпературной трехосной деформации до давления до 15 ГПа» (PDF) . Обзор научных инструментов . 74 (6): 3002–3011. Bibcode : 2003RScI ... 74.3002W . DOI : 10.1063 / 1.1570948 . S2CID  53497485 .
  2. ^ а б Лонг, Хунбо; Дональд Вайднер; Ли Ли; Джихуа Чен; Липин Ван (2011). «Деформация оливина в условиях зоны субдукции, определяемая по натурным измерениям с использованием синхротронного излучения». Физика Земли и планетных недр . 186 (1-2): 23–35. Bibcode : 2011PEPI..186 ... 23L . DOI : 10.1016 / j.pepi.2011.02.006 .
  3. ^ a b c Ратеррон, Пол; Дженнифер Жирар; Цзихуа Чен (2012). «Активность оливиновых систем скольжения в верхней мантии». Физика Земли и планетных недр . 200 : 105–112. Bibcode : 2012PEPI..200..105R . DOI : 10.1016 / j.pepi.2012.04.006 .
  4. ^ Ли, Ли; Дональд Вайднер; Пол Ратеррон; Джихуа Чен; Майкл Воган (2004). «Измерения напряжения деформируемого оливина при высоком давлении». Физика Земли и планетных недр . 143–144: 357–367. Bibcode : 2004PEPI..143..357L . DOI : 10.1016 / j.pepi.2003.09.022 .
  5. ^ a b Бернли, Памела; Д Чжан (2008). «Интерпретация данных дифракции рентгеновских лучей на месте из экспериментов по деформации под высоким давлением с использованием упруго-пластических самосогласованных моделей: пример с использованием кварца». Журнал физики: конденсированное вещество . 20 (28): 285201. Bibcode : 2008JPCM ... 20B5201B . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 20/28/285201 .
  6. ^ Вайднер, Дональд; Майкл Воган; Липин Ван; Хунбо Лонг; Ли Ли; Натаниэль Диксон; Уильям Дарем (2010). «Точные измерения напряжений с помощью синхротронных лучей белого света» (PDF) . Обзор научных инструментов . 81 (1): 013903–013903–5. Bibcode : 2010RScI ... 81a3903W . DOI : 10.1063 / 1.3263760 . PMID 20113109 . S2CID 28758119 .   
  7. ^ Сингх, Анил; К. Баласингх; Хо-Гван Мао; Рассел Хемли; Цзиньфу Шу (1998). «Анализ деформаций решетки, измеренных под негидростатическим давлением» (PDF) . Журнал прикладной физики . 83 (12): 7567–7575. Bibcode : 1998JAP .... 83.7567S . DOI : 10.1063 / 1.367872 .